国外高超声速飞行器及技术发展综述

正高超声速飞行器一般指飞行速度超过马赫数5、主航程在临近空间(距地面20~100千米)的有翼或无翼飞行器。本文研究的高超声速飞行器主要包括高超声速打击武器和高超声速飞机,鉴于能够跨大气层飞行的空天飞行器可以在临近空间实现高超声速长程飞行,因而也纳入本文研究范围。高超声速飞行器近20年来发展迅速,其具     

新型高超声速飞行器的气动设计技术探讨

气动技术是高超声速飞行器的重要支撑技术。目前高超声速飞行器迅速发展,飞行器向外形 复杂化、大气层滑翔飞行方向发展。高超声速飞行器飞行时间加长,飞行距离延长。新型高 超声速飞行器的迅速发展向空气动力学领域提出了众多高难度的问题,需要研究新的技术加 以解决。结合高超声速飞行器发展的方向和一些典型项目的气动需求,针对高超声速飞 行器可能的新型气动布局和相应的气动设计技术进行了探讨。
     

涡轮基组合循环发动机的发展现状及关键技术浅析

近年来,世界各国在高超声速武器领域的竞争日益激烈,作为高超声速武器核心的动力系统更是成为高超声速武器研制的重中之重。要实现高超声速武器在宽速域、大空域飞行状态下对动力的需求,集成涡轮发动机、亚燃/超燃冲压发动机的涡轮基组合循环发动机(TBCC)是一种较为理想的方案。TBCC根据飞行器所处飞行阶段、飞行高度切换到最合适的工作模态,可以满足天地往返的空天飞行对动力装置的需求,且具有较好的经济性能。本文主要对几种典型TBCC方案及关键技术进行分析。     

高超声速武器是美军摆的迷魂阵吗？

发展高超声速武器是2010年的一个热点2010年,世界武器装备发展的一个热点是所谓的高超声速武器。高超声速飞行是指飞行器的飞行马赫数大于5的飞行。美国发展以超声速燃烧冲压发动机为核心的高超声速技术,自上世纪50年代末开始,已经50多年了。在这过程中,它的发展态势一直是时高时低,不大顺利。其困难之处,就在于超燃冲压发动机的工作,就像要在12级飓风中点燃一支蜡烛一样困难。2010年5月26日,美国空军研制的高超声速巡航导弹的验证飞行器X-51A进行了飞行试验。     

大气层内高超声速机动飞行器液体推进剂管理

为满足大气层内高超声速机动飞行器对液体推进剂管理提出的新要求，在分析常规和高超声速机动飞行特点的基础上，讨论了重力场中推进剂的连续输送和位移控制等特点，并分析了美国高超声速飞行器X-34的液体推进剂管理实例。研究结果认为，推进剂箱隔舱化是一种可行的管理模式，但仅适于一次启动的机动飞行。对多次启动的循环机动飞行中的推进剂管理，仍需继续进行研究。     

美国高超声速导弹武器研制进展及思考

正高超声速导弹武器因具备飞行速度快、机动性强等突出特点,能有效突破敌方防空和导弹防御系统的拦截,实施对高价值目标的精确打击,是主要军事国家优先发展的武器装备。为了在大国战略博弈中获得竞争优势,尤其是应对俄罗斯高超声速导弹进入实战部署带来的挑战,美国积极推动高超声速攻防导弹武器系统的发展,加强高超声速导弹研制基础设施建设。本文在分析美国高超声速导弹武器最新进展的基础上,提出几点启示与思考。     

美军高超声速武器技术发展及影响

正"高超声速"的概念源于我国"导弹之父"钱学森。1946年,尚在美国从事研究工作的钱学森发表了著名的论文《高超声速相似率》,建立了高超声速飞行的基本理论。经过70余年的发展,随着临近空间高超声速飞行技术的成熟,以美俄为代表的军事强国近年来竞相发展高超声速武器,力图在这场极限竞速中抢占先机。高超声     

2022年国外高超声速武器发展回顾

<正>2022年,世界各主要军事力量继续追求高超声速能力。美空军AGM-183A成功试飞,多个高超声速武器型号取得进展,第一款高超声速武器可能在2023年部署。俄罗斯在战场上用实战将高超声速武器推上了世界舞台,并继续推动其高超声速武器的部署工作。朝鲜面对美韩挑衅,高调试射其高超声速武器。英澳通过AUKUS联盟与美国合作,希望能够获得高超声速能力。高超声速武器作为近几年的明星武器继续受到世界关注。     

高超声速气流非结构化网格DSMC算法研究

高超声速气动热力学环境的研究是直接涉及飞行器轨道控制、热防护设计的关键问题之一。文章通过研究稀薄气体热化学非平衡态中的热力学环境,采用非结构化DSMC程序对“火星探路者号”（Mars Pathfinder）探测器的Ballute减速装置在地球大气层和火星大气层中的高超声速飞行进行了数值模拟,计算得到了流场的温度分布、探测器壁面的热流密度分布,分析表明稀薄气体热化学非平衡态对飞行器流场有影响。将仿真结果与NASA兰利研究中心的计算结果作了比较,二者吻合很好。研究结果可用于飞行器热防护设计。     

超燃冲压动力高超声速飞行器巡航弹道分析

在确定的高超声速飞行器几何约束下,建立飞行器气动特性和动力特性随飞行状态变化的耦合计算模型。以最大航程为目标,对超燃冲压动力高超声速飞行器定高和跳跃两种巡航方式的飞行特性进行研究。研究表明:在相同初始和最终状态下,与定高巡航相比,跳跃式巡航能够增加18.5%的航程和11.5%的飞行时间。定高巡航中飞行器很快由其初始状态过渡到升力-重力和推力-阻力平衡的近似等速飞行状态,而在跳跃式巡航中,飞行器是通过改变飞行高度来动态维持升力-重力平衡的,使其飞行高度明显高于定高巡航。较高的飞行高度使得跳跃巡航所受阻力较小,从而需用推力较小,燃料消耗也较慢,使飞行器能有更长的航程和飞行时间。     

单周期冲跃飞行轨迹性能参数影响程度分析

对高超声速飞行器的单周期冲跃飞行轨迹进行了研究。建立了动力学模型和约束条件。仿真分析了升阻比、初始速度和初始弹道倾角对飞行轨迹性能的影响,并讨论了影响程度,确定了适于该飞行器的最佳飞行走廊,为后续的冲跃飞行轨迹完整设计和优化提供了参考。     

液体火箭发动机涡轮泵系统多次启动的试验研究

为研制空间或高超声速机动飞行器的高空或空间多次点火启动工作推进系统,根据确定的推进系统主要技术要求,对长征火箭上面级发动机涡轮泵系统作适应性改进,进行了多次启动试验。试验结果表明,系统各次启动、稳态工作和关机正常,性能稳定,无漏液和漏水,试验参数匹配协调,并与理论分析结果一致。本文的改进方案可行。     

跳跃式导弹弹道设计与优化

详细介绍了跳跃式导弹的概念及其特点,并针对某二级导弹(一级为固体火箭发动机,二级为间隔可调双脉冲固体火箭发动机),根据跳跃式导弹的飞行特点,提出了一种飞行程序角的设计方法,给出了飞行程序角的表达式,并建立了跳跃式弹道优化模型。在跳跃式导弹概念设计阶段,在总体参数给定的情况下,弹道的设计与优化能最大限度地提高导弹的性能,利用混合遗传算法对跳跃式导弹弹道进行了较详细全面的设计与优化,并作了比较。结果表明,该方法适用于跳跃式导弹方案论证和初步设计。     

探月返回飞行器跳跃式再入轨迹优化

基于节点自适应稀疏配点法,提出一种高精度求解探月返回飞行器跳跃式再入轨迹优化问题的方法。该方法的基本策略是：首先,应用节点自适应稀疏配点法对完整的跳跃式再入轨迹进行优化;然后,根据优化得到的控制变量对再入动力学方程进行数值积分;当积分至跳跃轨迹的最高点时,以积分得到的状态变量值作为新的初始条件,对二次再入轨迹重新优化。仿真结果表明：1)对二次再入轨迹重新优化能够显著提高跳跃式再入轨迹的优化精度,否则轨迹优化精度低,终端误差较大;2)在跳跃轨迹的最高点进行的二次优化是一种准实时优化,在跳跃式再入轨迹的制导领域具有潜在应用价值。     

跳跃式弹道参数估算及其效率

简要地介绍了跳跃式弹道的发展过程和应用前景,并针对标准跳跃式弹道,详细研究了其过渡段、转弯段、滑翔段和再入段的弹道参数估算问题,通过参数估算,可以方便快捷地计算跳跃式导弹的性能,此外对跳跃式导弹的关键技术和飞行效率问题进行简单的描述,为进一步研究跳跃式导弹奠定了基础。     

空间摄动对InSAR卫星编队的影响研究

针对干涉合成孔径雷达(InSAR)编队卫星的特点,分析了地球形状、大气阻力、第三体引力和太阳光压等空间摄动力对卫星轨道的影响,并仿真讨论其对编队构型的影响。结果表明:地球形状摄动和大气阻力摄动是引起InSAR编队构型变化的主要摄动因素,在这些摄动力的作用下,编队构型的变化主要是沿航迹向的累积变化和编队椭圆的空间指向变化两种,并给出了编队构型随时间的变化量。研究为编队保持控制提供了参考。     

InSAR卫星编队构型的e/i矢量设计方法

根据编队合成孔径雷达干涉（InSAR）卫星的轨道特点和星间紧密编队的特性,引入e/i矢量概念,推导了用e/i矢量表示的编队卫星相对运动学方程,分析了在满足测量基线条件和星间距离条件下编队构型设计约束,并给出了能实现全球测量的编队构型设计结果。对获得的编队飞行轨道参数的数学仿真结果表明：设计的编队构型正确。     

神舟六号载人飞船及其技术改进

介绍了我国第二次载人航天飞行试验的目标和主要任务，给出了神舟六号载人飞船的主要任务和技术指标，以及构型与布局、子系统设置与设备配套、飞行方案、发射窗口和飞行轨道等技术状态。概述了神舟五号飞船飞行试验问题归零、飞行任务引起的更改、提高产品可靠性的更改、其他原因引起的更改和工艺流程的变化等部分技术改进。神舟六号载人飞船飞行试验的成功表明，其技术可满足多人多天空间飞行的要求。     

空间站伴随卫星的相对运动控制

研究了空间站伴随卫星在绕飞和回收阶段的相对位置与速度控制。基于C-W方程提出了伴随卫星的脉冲控制和滑模-开关控制两种绕飞控制方法,给出了控制模型并进行了比较。另设计了用于伴随卫星回收控制的模糊控制器,给出了模糊控制规则。仿真结果表明:两种绕飞控制法简便易行,适于工程应用。与一般模糊控制方法相比,此控制器利用了航天器自身的动力学特性,可使燃料更省。     

航天器发射飞行安全智能决策研究与实现

针对航天发射的特点,将智能决策和空间信息处理技术运用于航天发射飞行的安 全判决中,建立发射场及其飞行航区的基础地理数据库和基础信息数据库。分析飞行过程中 瞬时落点区域的地理属性,实现火箭飞行过程中安全管道、预示落点、飞行参数和飞行轨迹 等在数字地图上的实时显示,实时监控火箭的飞行状态。在决策中提出了“目标-规则基-特 征状态体”的领域知识表示模型,为火箭飞行的安全提供实时辅助决策。